CN1649082A - 平面显示装置的制造装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种平面显示装置的制造装置。设有一直测定激光的空间强度分布及光轴的偏移的机构，入射到激光整形光学元件上的入射激光偏离了规定的条件时，对测定的信号进行处理，根据该处理结果，利用配置在光轴上的被插入构成光束放大器的透镜的焦点位置的空间滤波器，使入射到激光整形光学元件上的激光的光束形状、光束直径、入射位置一直保持预定的条件。因此，能在构成平面显示装置的显示面板的绝缘基板上，以高合格率稳定地形成有均匀的结晶性的硅薄膜。

Description

平面显示装置的制造装置
技术领域
本发明涉及用将激光照射在绝缘基板上形成的半导体膜上，进行膜质量的改善或晶粒的扩大或模拟单晶化而形成的薄膜晶体管构成的平面显示装置的制造装置。
背景技术
现在，液晶显示装置或有机EL显示装置，利用在玻璃或熔融石英等基板上的非晶硅膜形成的薄膜晶体管开关形成图像。如果在该基板上能同时形成驱动像素晶体管的驱动电路，则能期待制造成本的急剧降低及可靠性的提高。
可是，目前由于形成晶体管的活性层的硅膜的结晶性劣化，以迁移率为代表的薄膜晶体管的性能低，难以制作要求高速高功能的电路。为了制作这些高速高功能的电路，就需要迁移率高的薄膜晶体管，为了实现这一点，有必要改善硅薄膜的结晶性。
作为该结晶性改善的方法，迄今采用受激准分子激光退火方法。该方法是将受激准分子激光照射在玻璃等绝缘基板上形成的非晶硅膜(迁移率为1cm2/Vs以下)上，将非晶硅膜变成多晶硅膜，来改善迁移率。通过照射受激准分子激光获得的多晶体膜的晶粒直径为数百nm左右，迁移率为150cm2/Vs左右，对于驱动像素的薄膜晶体管来说，具有足够的性能，但为了适用于构成需要使驱动显示面板的驱动电路等高速工作的电路的薄膜晶体管，性能还是不足。另外，以下也将薄膜晶体管简称为晶体管。
另外，在晶界形成数10nm～100nm的突起成为晶体管的耐压下降的原因。另外，还有下列缺点：由于受激准分子激光在脉冲之间的能量的离散大，所以工艺容限窄，由于使用有毒气体，所以设备成本大，另外由于需要定期地更换高价的振荡管，所以运输成本极大等。
作为解决这些问题的方法，在专利文献1中公开了这样的内容：利用EO调制器(电光学元件)，以任意的时间幅度将脉冲化了的连续振荡固体激光的第二高次谐波会聚成线状，在硅薄膜上扫描，进行激光照射的方法，促使硅的熔融时间延长、冷却速度降低，谋求晶粒的增大。
在上述现有技术中，在玻璃基板上形成的非晶硅薄膜上，进行LD(激光二极管)激励连续振荡固体激光的第二高次谐波扫描，使晶体沿激光的扫描方向生长，能获得超过500cm2/Vs的迁移率。所获得的多晶膜不发生突起，如果能获得具有该程度的迁移率的硅薄膜，则能形成性能充分的驱动电路，能实现所谓系统在面板上(system-on-panel)。
[专利文献1]日本专利申请特开2003-124136号公报
[专利文献2]日本专利申请特开2003-53578号公报
[专利文献3]日本专利申请特开平11-283933号公报
发明内容
由激光振荡器进行振荡的激光，其空间强度分布属于高斯函数型。因此，利用激光照射进行硅薄膜的质量改善时，如果将激光的空间强度分布仍然为高斯函数型的激光照射在硅薄膜上，则由于照射区域中心部和端部的熔融时间不同，所以生成了结晶性不均匀的硅膜，不能获得所希望的性能的硅膜。即，采用任何激光整形方法，都需要使照射激光的空间强度分布均匀，或者整形成所希望的形状。
LD激励固体激光的相干长度非常长，即相干性非常强。因此，象现在低温多晶硅批量生产技术中采用的受激准分子激光的整形光学系统那样，如果应用多波段阵列等光束分割方式的激光整形方法，则激光分割时发生的衍射、激光重叠时产生的干涉的影响出现分布，所以照射硅膜时整形成良好的分布是非常困难的。因此，作为固体激光的激光整形光学元件，最好采用由衍射光学元件、鲍威尔透镜这样的单体构成的光学元件。
可是，在该方法中存在应解决的以下课题。即，象上述衍射光学元件、鲍威尔透镜那样，利用由单体元件对激光的空间强度分布进行整形方式的光学元件，获得所希望的强度分布时，与在光学元件设计中设定了入射激光的空间强度分布和光束直径的入射条件严格地一致，而且使激光对激光整形光学元件的入射位置象设计中决定的规定的位置那样一致，成为非常重要的要素。这些要素中，缺少任意一个，激光也会偏离所希望的分布。
批量生产装置以长时间工作为前提，所以存在许多如下重要因素：振荡器内的共振器的调整的偏离、激光介质的热变形或光学系统的劣化等、以及激光强度的分布、光轴、光束直径随时间的变化，所以应抑制由这些因素引起的激光特性的变化，必须采取充分的对策。照射在硅膜上的激光的强度分布偏离所希望的分布意味着所形成的硅膜的结晶性不均匀。
在用上述晶体膜作成TFT及平面显示装置的情况下，由于结晶性不均匀，所以不能组成性能充分的晶体管，成为电路工作不良和画面亮度不均匀的原因，结果存在产品合格率下降的问题。为了解决这样的问题，设计出了各种激光变化控制机构。
例如，在专利文献2中，提出了测定、推断光束剖面，根据与基准剖面之间的偏移，对放大器的透镜的相对位置进行反馈控制的方法。可是，该发明只是使激光光束直径变化的技术，所以不能解决上述的空间强度分布的形状变化的问题。
另外，专利文献3公开了为了消除受激准分子激光器的气体更换时、或透射窗更换时产生的光轴偏移引起的照射能量强度的变化，驱动一个反射镜进行调整，使强度分布达到最佳的技术。可是，该技术由于使用一个反射镜进行光轴调整，所以不可能使入射激光和均化器的相对角度、位置等返回所希望的位置，所以不能根本上解决光轴偏移。
本发明的目的在于改善上述的问题，提供一种在长时间工作中使激光的空间强度分布、光束直径、光轴经常保持所希望的状态，稳定地形成性能均匀的硅晶膜的平面显示装置的制造装置，提高平面显示装置的制造装置的合格率。
为了达到上述目的，本发明的一种平面显示装置的制造装置，用将激光照射在绝缘基板上形成的硅膜上进行膜质量的改善而形成的薄膜晶体管构成平面显示装置，其特征在于包括：将照射在上述硅膜上的上述激光的强度分布调整成所希望的强度分布的激光强度分布整形单元；用来使入射到上述激光强度分布整形单元中的激光强度分布保持为规定的强度分布的强度分布保持单元；检测入射到上述激光强度分布整形单元中的激光的空间强度分布的激光空间强度分布检测单元；对所取得的空间强度分布信号进行处理，抽出光束直径形状和光束直径的信息的处理单元；用来根据用上述处理单元取得的信息，将上述光束直径控制为规定的数值的光束直径控制单元；用来检测入射到上述激光强度分布整形单元中的激光的光轴偏移的光轴偏移检测单元；以及用来将入射到上述激光强度分布整形单元中的激光的光轴控制为规定的光轴的光轴控制单元。
如果采用实现这样的方法的本发明的平面显示装置的制造装置，则能稳定地使具有所希望的空间强度分布的激光照射在硅薄膜上，能以较高的合格率形成有均匀的结晶性的硅薄膜。
如果采用本发明的平面显示装置的制造装置，则通过经常监视使干涉性过高的固体激光入射到激光整形光学元件中的激光、或由激光整形光学元件整形后的激光的强度分布，用非常灵敏的固体激光整形光学元件对光束直径的不规则变化进行硅膜的改质时，能保证照射的激光的均匀性，而且能减少不良面板。
附图说明
从下面结合附图的描述，可以很容易了解本发明的上述及其他特点、目的和优点。附图中：
图1是表示作为本发明的平面显示装置的制造装置的实施例1的激光退火装置的简略结构的斜视图。
图2是表示用本发明的平面显示装置的制造装置的实施例1照射线状激光，形成模拟单晶前后的硅膜的状态的平面图。
图3是说明通过用本发明的平面显示装置的制造装置的实施例1照射激光，进行硅膜的结晶的工序的斜视图。
图4是表示通过改变射向衍射光学元件的激光的入射路径而整形了的激光强度分布变化的形态的平面图。
图5是表示通过改变射向鲍威尔透镜的激光的入射路径而整形了的激光强度分布变化的形态的平面图。
图6是表示用本发明的平面显示装置的制造装置的实施例1照射不均匀的空间强度分布被整形了的激光，进行硅膜的结晶化时形成的晶体状态的平面图。
图7是表示通过改变入射到衍射光学元件的激光的空间强度分布而整形了的激光强度分布变化的形态的平面图。
图8是表示通过改变入射到衍射光学元件的激光的光束直径而整形了的激光强度分布变化的形态的平面图。
图9是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例1中进行入射到激光整形光学元件的激光的空间强度分布和光束直径修正的工序的一例的斜视图。
图10是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中进行激光整形光学元件的入射位置的修正的工序的一例的斜视图。
图11是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中进行激光整形光学元件的入射位置的修正的工序的一例的斜视图。
图12是在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中，将用分布测定器进行了多点检测的激光积分强度作为各检测位置的函数，绘成曲线进行表示的图。
图13是表示在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中由于激光入射到激光整形光学元件的位置发生偏移，激光整形强度分布变得不均匀的形态的一例的斜视图。
图14是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中进行入射到激光整形光学元件的位置的修正的工序的一例的斜视图。
图15是在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中用分布测定器进行了多点检测的激光积分强度作为各检测位置的函数，绘成曲线进行表示的图。
图16是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例3中进行入射到激光整形光学元件的位置的修正的工序的一例的斜视图。
具体实施方式
以下，参照实施例的附图，详细说明本发明的实施形态。
[实施例1]
图1是表示作为本发明的平面显示装置的制造装置的实施例1的激光退火装置的简略结构的斜视图。包括下列部分：激光源采用LD激励连续振荡固体激光器1；调整振荡的连续波激光3的输出用的ND滤波器2；调制时间用的EO调制器4；经常稳定地调整成同一空间强度分布、光束直径的激光用的空间滤波器及光束放大器5；分支出一部分激光用的激光分支机构6；测量分支出来的激光的空间强度分布的光束分布测定器7；处理用分布测定器7测定的空间强度分布信号，抽出光束直径和空间强度分布信号，进行与基准值的比较的信号处理部8；根据该信号处理结果，驱动光束放大器的驱动器9；具有驱动机构11、13的光轴调整用反射镜10及12；光轴调整用的虹彩光圈14；激光整形光学元件15；将输出的激光分支出一部分用的激光分支机构16；检测分支出来的激光的空间强度分布用的激光空间强度分布检测机构17；对用该检测机构17检测的信号进行对应于需要的处理的信号处理部18；对驱动机构11、13进行驱动的驱动器19；放置硅薄膜的玻璃基板20；放置基板的台21；检测台21的位置用的线性编码器(也称为线性标度盘)22；对线性编码器22发生的脉冲信号计数，每隔预先设定的脉冲数，将控制信号发送给驱动EO调制器4用的驱动器24的控制装置23；测定由整形光学元件15整形的激光的空间强度分布用的光束分布测定器25；对由分布测定器25测定的空间强度分布和基准强度分布进行比较的信号处理装置26；以及对驱动机构13进行驱动的驱动器27等。
激光振荡器1采用发生紫外或可见波长的连续振荡光的振荡器，特别是根据输出的大小、输出的稳定性等，激光二极管激励YVO4激光器或激光二极管激励YAG激光器的二次谐波(波长：532nm)为最佳。可是，不限定于此，可以使用氩激光器、YVO4或YAG激光器的三次或四次谐波、用光纤耦合的多个半导体激光器等。
除了EO调制器4以外，还能使用AO(音响光学)调制器。但是，一般说来AO调制器与EO调制器相比，虽然存在驱动频率低、衍射效率为70％～80％稍低的缺点，但能使用。这样，通过使用EO调制器4或AO调制器等调制器，在从激光振荡器1经常输出激光的状态下，能在任意时刻(或位置)开始照射被照射部，并经过任意的输出变化，在任意时刻结束照射。即，能进行任意的时间调制。
图2是表示用本发明的平面显示装置的实施例1，照射线状激光，形成模拟单晶前后的硅膜的状态的平面图。这里说明了使进行了时间调制的激光照射在硅膜上时硅膜的变化、形成的多晶薄膜的形状和性能。如图2(a)所示，使会聚成线状的激光28相对于基板上形成的硅薄膜29(在此情况下，起始试样也可以是非晶硅薄膜、多晶硅薄膜中的任意一种)扫描，进行结晶化。
在被照射了线状激光28的硅薄膜熔融、再凝固的过程中，如图2(b)所示，晶粒沿激光扫描方向、即沿横向生长，在激光照射结束的地方晶体生长结束。用该横向生长晶体30形成晶体管时，如果设定得相对于沿激光扫描方向生长的晶粒平行地形成源区31·漏区32·沟道区33，则能形成晶界不横断沟道33内的晶体管，能获得与在迁移率、阈值电压离散的面上用单晶形成的晶体管近似的性能，以下将沿前面所述的激光扫描方向生长的横向生长多晶体30称为模拟单晶。
其次，说明使用上述的制造装置时的显示装置的制造工序的一个实施例。图3是说明用本发明的平面显示装置的制造装置的实施例1，通过照射激光进行硅膜的结晶化的工序的斜视图。图3(a)中代表性地示出了由大型基板制造的多个面板(构成平面显示装置的面板(显示面板)、通常形成数十～数百个面板)中相邻的两个面板。这里，作为面板的试样，使用在玻璃基板的一个主面上通过绝缘体薄膜形成了非晶硅薄膜的基板。在各面板上形成显示区(像素区)、扫描线驱动电路区、以及信号线驱动电路区。在本实施例中，示出了在上述显示区中形成用多晶薄膜构成栅的像素晶体管、在信号线驱动电路区、扫描线驱动电路区中形成用模拟单晶构成栅的能高速驱动的晶体管的例。另外，在本实施例中，虽然示出了只使上述三个区多晶化，形成晶体管的例子，但除了上述三个区以外，也可以形成设置称为D/A变换器的电路用的区。
如图3(a)所示，将形成了非晶硅薄膜150的大型基板151放置在台(图中未示出)上，使受激准分子激光152沿箭头所示的方向扫描，通过沿基板全部表面照射在非晶硅薄膜150上，变换成多晶硅薄膜153。其次，如图3(b)所示，用EO调制器一边进行时间调制，一边使会聚成线状的固体激光154相对于用箭头表示的方向进行扫描，有选择地只在所希望的区域155、156中形成信号线驱动电路形成时必要的性能的模拟单晶。另外，一般通过移动基板进行扫描，但也可以移动激光。
如果在基板全部表面上，信号线驱动电路区的结晶化结束，则使基板旋转90度，如图3(c)所示，为了形成扫描线驱动电路，照射进行了时间调制的线状激光157，有选择地只在所希望的区域158、159中形成模拟单晶。在此情况下，也可以从台上暂时排除基板，旋转后再次使基板返回台上进行退火，还可以通过旋转光学系统，使激光旋转90度。另外，虽然说明了进行扫描时，以一定周期、或者以任意的周期，反复进行激光的通断，进行照射的例子，但也可以一直以导通状态进行激光扫描。
这样反复进行扫描，使面板内的扫描线驱动电路区158、159全部模拟单晶化，照射结束。
另外，在本实施例中，虽然说明了将激光的能量密度设定为形成模拟单晶的能量密度，进行结晶化的例子，但在扫描线驱动电路区中所要求的晶体是多晶的情况下，也可以将能量密度设定为适合于形成多晶粒的能量密度，进行结晶化。另外，由照射受激准分子激光进行的多晶化和由照射固体激光进行的有选择的模拟单晶化工序，就受激准分子激光器和固体激光器来说，既可以分别在不同的退火室中作为另外的工序进行，也可以将来自受激准分子激光光学系统和固体激光光学系统的激光引导到一个退火室中进行。
反复进行以上的工作，对基板全部表面进行扫描，结束退火。由此，基板151内的各面板，其像素部的迁移率为150cm2/Vs左右的多晶硅膜，在扫描线驱动电路区及信号线驱动电路区(也包括其他外围电路区中，被变换成迁移率为300～400cm2/Vs的多晶硅(模拟单晶硅)膜。以上是关于制造工序的实施例的说明。
照射在硅膜上的激光3利用激光整形光学元件15形成为线状(或矩形)光束。通常，来自气体激光振荡器或固体激光振荡器的输出光束通常呈圆形，具有高斯形的能量分布，所以不能直接用于本发明的激光退火。如果振荡器输出充分大，则通过使光束直径充分大，从比较均匀的中心部分切出必要的形状，就能获得任意形状的大致均匀的能量分布，但光束的周边部分被舍去能量的大部分被浪费掉。
为了解决该缺点，将高斯形的分布变换成均匀的分布，而利用激光整形光学元件15。将鲍威尔透镜和柱面透镜组合在激光整形光学元件15中的部件，使用了衍射形光学元件等，有各种形式的部件，但如果是能会聚成线状，而且能实现纵向均匀的、或适合于退火的能量分布的部件，那么使用什么样的部件都可以。横向分布均匀也好，高斯分布也好。另外，为了提高仍保持用激光整形光学元件15整形的激光3的强度分布的能量密度，也可以在激光整形光学元件15和玻璃基板之间插入物镜(图中未示出)，使所希望的强度分布的投影缩小。
这里，用图说明在入射到衍射光学元件、称为鲍威尔透镜的激光整形光学元件中的激光的入射位置偏离了规定位置的情况下，由整形激光强度分布及激光照射形成的多晶硅薄膜受到的影响。
图4是表示由于激光对衍射光学元件的入射路径变化而导致整形的激光强度分布变化的形态的平面图。图4(a)是表示激光对衍射光学元件的入射位置为理想情况下的激光强度分布图。衍射光学元件36是这样设计的：具有高斯函数型的强度分布的激光入射到元件中心时，在光投射面上形成均匀分布。入射激光37呈高斯函数型强度分布38，而且激光的中心位置、传播方向相对于光轴39一致。
该情况下的光轴39，意味着通过衍射光学元件36的中心位置后沿相对于衍射光学元件表面垂直的方向延伸的轴。即衍射光学元件36的中心和激光37的中心一致。在这样的状态下，入射了激光37时，光投射面40上的整形激光强度分布41如所设计的那样呈均匀的分布。可是如图4(b)所示，在入射激光43的传播方向相对于通过衍射光学元件42的中心的光轴45偏移了的情况下，或者在衍射光学元件42的入射面上的入射位置偏移了的情况下，光投射面46上的整形激光强度分布47被破坏而呈不均匀分布。
图5是表示由于激光对衍射光学元件的入射路径变化而导致整形的激光强度分布变化的形态的平面图，示出了入射到鲍威尔透镜上的激光的入射位置偏离规定位置的情况。图5(a)是表示激光对鲍威尔透镜的入射位置为理想情况下的激光强度分布图。鲍威尔透镜48是这样设计的：具有高斯函数型的强度分布的激光入射到元件中心时，光投射面上形成均匀分布。入射激光49呈高斯函数型强度分布50，而且激光的中心位置、传播方向相对于光轴51一致。该情况下的光轴51，意味着通过鲍威尔透镜48的中心位置后沿相对于衍射光学元件表面垂直的方向延伸的轴。即鲍威尔透镜48的中心和激光49的中心一致。
在这样的状态下入射了激光49时，光投射面52上的整形激光强度分布53如所设计的那样呈均匀的分布。可是，如图5(b)所示，在入射激光55的传播方向相对于通过鲍威尔透镜54的中心的光轴57偏移了的情况下，或者在鲍威尔透镜54的入射面上的入射位置偏移了的情况下，光投射面58上的整形激光强度分布59被破坏而呈不均匀分布。
图6是表示使用本发明的平面显示装置的制造装置的实施例1，照射对不均匀的空间强度分布进行了整形的激光，进行了硅膜的结晶化时形成的晶体的状态的平面图，示出了使具有上述不均匀整形激光强度分布的47、59的激光照射在硅膜上，进行了结晶化时形成的晶体的形态。使具有会聚成线状的不均匀强度分布的激光(图中未示出)相对于基板上形成的硅薄膜130(在此情况下，起始试样也可以是非晶硅薄膜、多晶硅薄膜中的任意一种)扫描，进行结晶化。
照射了线状激光的硅膜的熔融时间与照射激光的强度分布的高低有关，如果照射高强度激光，则伴随硅膜的熔融时间的延长，形成促进了横向生长的晶体131。反之，如果照射低强度激光，则熔融时间短，不能充分地促进横向生长，形成粒径小的晶体132。如果用晶体131、132，相对于沟道133、134沿激光扫描方向生长的晶粒平行地形成晶体管，则在用晶体131形成的晶体管的沟道133内不存在晶界，所以能获得高迁移率，但在用晶体132形成的晶体管的沟道134内，几个晶界横断沟道内电流方向，所以发生迁移率、阈值电压的特性离散这样的不良现象。
另外，用图7、图8说明在入射到衍射光学元件、称为鲍威尔透镜的激光整形光学元件中的激光的强度分布、光束直径偏离了规定的值的情况下，整形激光强度分布受到的影响。图7是表示通过改变入射到衍射光学元件的激光的空间强度分布而整形了的激光强度分布变化的形态的平面图。另外，图8是表示通过改变入射到衍射光学元件的激光的光束直径而整形了的激光强度分布变化的形态的平面图。
图7(a)是表示激光对衍射光学元件的入射强度分布与衍射光学元件设计时假定的强度分布一致时的整形激光强度分布图。衍射光学元件81是这样设计的：具有高斯函数型的强度分布的激光入射到元件中心时，在光投射面上形成均匀分布。入射激光82呈高斯函数型强度分布83，而且激光的中心位置、传播方向相对于光轴84一致。该情况下的光轴84，意味着通过衍射光学元件81的中心位置后沿相对于衍射光学元件表面垂直的方向延伸的轴。即，衍射光学元件81的中心和激光82的中心一致。
在这样的状态下，入射了激光82时，光投射面85上的整形激光强度分布86如所设计的那样呈均匀的分布。可是如图7(b)所示，在入射到衍射光学元件87的中心的激光88的强度分布随着时间的推移而偏移了规定的分布，变成90所示的分布的情况下，光投射面92上的整形激光强度分布93被破坏而呈不均匀分布。另外，89表示光轴。
图8(a)是表示对衍射光学元件入射的激光的光束直径与衍射光学元件设计时假定的激光的光束直径一致时的整形激光强度分布图。衍射光学元件111是这样设计的：具有高斯函数型的强度分布的激光入射到元件中心时，在光投射面上形成均匀分布。入射激光112呈高斯函数型强度分布113，而且激光的中心位置、传播方向相对于光轴114一致。该情况下的光轴114，意味着通过衍射光学元件111的中心位置后沿相对于衍射光学元件111表面垂直的方向延伸的轴。即，衍射光学元件111的中心和激光112的中心一致。
在这样的状态下，入射了激光112时，光投射面115上的整形激光强度分布116如所设计的那样呈均匀的分布。可是，如图8(b)所示，在入射到衍射光学元件117的中心的激光118的光束直径由于某种原因，高斯函数型119的光束直径偏离了规定的数值，而变成了120的情况下，光投射面122上的整形激光强度分布123被破坏而呈不均匀分布。
如上所述，衍射光学元件、称为鲍威尔透镜的激光整形光学元件，与用多个透镜分割成多条激光，在某一光透射面上使分割的激光重合的所谓的多透镜阵列方式的整形光学系统，其性质显著不同。用单体进行激光整形的光学元件的设计，通常，严格地假定强度分布、激光的元件入射位置，进行精密地决定元件上的各单元中的衍射效率、透镜的曲率、厚度的参数的工作，决定元件形状。入射的激光的相对强度分布即使稍微破坏了设计中使用的形状、即使稍微偏离了入射的位置，各单元中的衍射效率的变化、聚光情况的变化会很大。
即，在试着将激光整形为所设计的形状的情况下，只是入射位置、强度分布形状、光束直径与设计值一致的激光被整形为所希望的分布。因此，在用该激光整形光学元件进行激光照射，获得了性能稳定的硅膜的情况下，存在必须设置在装置工作中经常稳定地保持激光强度分布的机构的课题。在适合于实施本发明的显示装置的制造方法的激光退火装置中，为了解决以上的问题，具有以下所示的机构。以下，一边进行图示一边详细地说明其形态。
在图1中，用具有空间滤波器的光束放大器5、具有使入射到激光整形光学元件15中的激光的入射位置保持一定用的驱动机构11的反射镜10、以及具有驱动机构13的反射镜12，使入射到激光整形光学元件15中的激光的强度分布经常保持一定。上述放大器5有调整激光空间强度分布的机构，上述反射镜10、12有调整激光对激光整形光学元件15的入射位置的(即调整激光的光轴的)机构。
首先，作为本发明的实施例，一边按照图9一边对激光的强度分布偏离了规定的形状、光束直径情况下的检测方法及调整方法进行说明。图9是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例1中进行入射到激光整形光学元件的激光的空间强度分布和光束直径修正的工序的一例的平面图。如图9(a)所示，具有空间滤波器的光束放大器5由两个凸透镜97、103、以及穿通了直径为数微米左右的孔的金属板98构成。凸透镜103被保持在由步进电动机驱动的透镜保持机构(图中未示出)上，如箭头所示，沿着平行于光轴的方向，相对于光轴108移动。
光束放大器5呈这样的结构：用一个凸透镜103接受用另一个凸透镜暂时会聚的激光108的所谓开普勒型放大器·准直仪结构，有沿着光轴的方向平行地改变凸透镜之间的相对距离，调整光束直径的机构。另外，作为空间滤波器将开孔的金属板98配置在凸透镜焦点位置上。
如图9(b)所示，由金属板98构成的空间滤波器有这样的机构：由于激光振荡器的激励光学系统随时间的推移而发生的变化、位置偏移、激光棒的热变形等主要原因，在入射的激光除了基本模式外，还包括高次模式，或包括空间噪声，或从原来的高斯函数型强度分布96变化成破坏了的形状95的情况下，由凸透镜97会聚的激光分量中，只使焦点位置最集中的分量、即基本模式分量101通过，焦点位置的其他不同的光、即其他模式分量或空间噪声99、100被阻断。经常插入空间滤波器(金属板98)，能使入射到激光整形光学元件中的激光经常保持基本模式的高斯函数型强度分布。这里用的空间滤波器的形状可以是孔径固定的形状，也可以是能同时调整激光的空间模式和激光输出功率这样的孔径可变的可变光圈形状。
图1中，利用配置在光轴上的分光器和玻璃板等将一部分激光分支出来的机构6，将通过了光束放大器5的激光分支出一部分，用分布测定器7测定分支分量。根据需要，上述测定值利用检测信号处理部8进行A/D变换，进行高斯调整等处理，抽出光束强度分布的形状、光束直径信息。然后，与预先登录的规定的形状(高斯函数型)、数值(标准化强度的1/e2的光束直径)进行比较，计算光束直径的规定值的差分。上述差分(光束直径的变化)达到了某一阈值以上时，为了使差分接近零，从信号处理部8将脉冲信号发送给安装了凸透镜103的透镜保持·驱动机构，使步进电动机进行驱动，改变放大器的放大率，进行光束直径调整。
这样，调整放大器的放大率，直至出射激光110的光束直径返回规定的值为止，在返回了的时刻结束调整。在本实施例中，入射到光束放大器5中的激光107(图9(a))的光束直径与有规定的光束直径的高斯函数型强度分布96进行比较，示出了放大了的情况的例。当然，在光束直径窄的情况下也能采用同样的调整方法。另外，在上述实施例中，虽然示出了构成光束放大器的两个凸透镜中，使下游侧的凸透镜103具有驱动机构的例，但也可以使上游侧的凸透镜97具有驱动机构，进行光束直径调整。但，在驱动上游侧的凸透镜97的情况下，为了改变透镜97和空间滤波器98的相对距离，空间滤波器98也有必要安装在驱动机构上，保持与透镜的相对距离。
另外，附加这样的机构：在信号处理部8的处理中，通过调整处理将空间强度分布的形状作为数学式抽出时，在算出的数学式偏离了高斯函数规定的值以上的情况下，发出通知该情况的报警，根据情况的不同，使工作中断。
另外，在本实施例中，虽然示出了测定在光束放大器之后立即分支出来的激光的强度分布的例子，但检测激光的场所也可以在入射到激光整形光学元件15之前。在此情况下，由于能测定靠近实际的入射激光的状态的空间强度分布，所以能进行精度更好的调整。另外，也可以在进行了上述光束直径调整后，根据需要，用配置在基板台21上的光束分布测定器25测定整形激光的空间强度分布，将其结果反馈给放大器5，对透镜103的配置进行微调整。以上，是关于本发明的实施例1的对激光进行分支，该激光的强度分布偏离了规定的形状、光束直径的情况下的检测方法及调整方法的说明。
[实施例2]
其次，作为本发明的实施例2，说明检测入射到激光整形光学元件中的激光的入射位置的偏移，修正成规定的入射位置的机构。首先，用图10进行本发明的概要、结构的说明，用图11至图15详细说明使用本实施例的入射位置修正机构的修正方法。
图10是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中进行激光整形光学元件的入射位置的修正的工序的一例的斜视图，是表示图1所示的平面显示装置的制造装置内，相当于本实施例的激光照射位置调整机构及照射光学系统的简略结构图。本调整机构至少由两个光轴调整用反射镜201、203；接受脉冲信号、驱动反射镜201、203的驱动机构202、204；虹彩光圈205(可变光圈)和分光器209；光束分布测定器210；对由光束分布测定器210检测的信号进行处理的信号处理部(图中未示出)；以及根据处理的信号将脉冲信号发送给反射镜驱动机构的反射镜驱动机构驱动器(图中未示出)构成，如图10所示，是相对于激光整形光学元件207、台211配置上述要素而构成的机构。
在激光光轴相对于规定的光轴200偏移了的情况下，将光轴的偏移作为光束分布测定器210的受光面上的激光照射位置的偏移检测，根据需要对检测结果进行信号处理，根据其结果对光轴调整反射镜201、203进行反馈控制，修正成规定的光轴200。具有驱动机构202的反射镜201和具有驱动机构204的反射镜203能就至少任意的一个轴(以下称X轴)和垂直于X轴的轴(以下称Y轴)这样的两个轴调整光轴。按照规定光轴200传播的激光在反射镜201、203的表面上反射，通过了虹彩光圈205(可变光圈)的孔的中心后，相对于激光整形光学元件207的表面垂直地入射到元件的中心点208上。
配置在光轴200上的虹彩光圈205的孔径是可变的，除了调整时以外，相对于光束直径能将孔开放得足够大。另外，激光整形光学元件207配置得使整形激光212恰好适合于在台210上进行退火所希望的空间强度分布。另外，激光整形光学元件207具有由保持和驱动机构(图中未示出)支撑，调整时能离开光轴移动，调整结束后准确地返回到规定位置的机构。
在激光整形光学元件207和台211之间，相对于光轴呈45度角配置分光器209，以便将激光分支出一部分，测量分支的激光的强度分布。分支的激光213用能进行检测的分光器210检测激光强度分布，作为二维空间信息。这里，将通过了虹彩光圈205的中心206和激光整形光学元件207的中心208的激光212在台211上的坐标规定为基准坐标(X0、Y0)，将用分光器209分支的激光213在分布测定器210上的坐标规定为基准坐标(X0’、Y0’)。
虹彩光圈205的中心206、激光整形光学元件207的中心208、以及台211上的基准坐标(X0、Y0)全部存在于同一个光轴上，另外虹彩光圈205的中心206、激光整形光学元件207的中心208、以及分布测定器210上的基准坐标(X0’、Y0’)通过分光器209后也全部存在于同一个光轴上。另外，上述坐标(X0、Y0)和(X0’、Y0’)将分光器209夹在中间，等效地配置各要素。
即，通过使分光器209和台211之间的距离与分光器209和分布测定器210的受光面之间的距离等效地配置分光器209、分布测定器210，能用分布测定器210观察台上的基准坐标(X0、Y0)中的激光的空间强度分布。在分光器209、分布测定器210被固定，而激光光轴200偏离了规定的方向的情况下，相对于基准坐标(X0’、Y0’)的偏移，在分布测定器210上能作为激光照射位置在基准坐标(X0’、Y0’)中的偏移被检测出来，所以为了使分布测定器210上的照射位置返回基准坐标，通过调整反射镜的倾斜度，能使光轴返回规定的状态。
其次，具体地说明将发生了偏移的光轴修正到原来的状态的工序。图11是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中进行激光整形光学元件的入射位置的修正的工序的一例的斜视图，表示激光光轴偏离了理想的光轴时的激光光轴调整的一个工序。另外，图12是在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中，将用分布测定器进行了多点检测的激光积分强度作为各检测位置的函数，绘成曲线用曲线表示的图，图13是表示在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中由于激光入射到激光整形光学元件的位置发生偏移，激光整形强度分布变得不均匀的形态的一例的斜视图。然后，图14是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中进行激光整形光学元件的入射位置的修正的工序的一例的斜视图，图15是在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例2中用分布测定器，将多个点检测的激光积分强度作为各检测位置的函数，绘成曲线用曲线表示的图。
如图11所示，图10所示的光轴200变成光轴200’。其结果，如图13所示，基板台上的激光照射位置从基准坐标(X0、Y0)变成偏离到(X1、Y1)的状态。在基准坐标(X0、Y0)中，虽然形成了适合于退火的空间强度分布218，但在照射位置偏离到(X1、Y1)的情况下，不只是照射位置坐标偏移，而且强度不均匀，形成了不适合退火的空间强度分布219。回到光轴调整工序，X轴、Y轴独立地进行光轴调整。
在本实施例中，虽然详细地说明X轴的调整工序，省略Y轴的调整工序，但对任意的轴来说，以下说明的调整方法基本上都适用。首先，从光轴上移动激光整形光学元件207。其次将虹彩光圈205的孔相对于光束直径设定得充分小。其次从驱动器将信号发送给反射镜201得驱动机构202，使反射镜旋转，改变光轴，以便激光在台210上沿X轴方向扫描。
另外，这时将反射镜203看作是固定的。在此情况下，激光200’在虹彩光圈205上沿一个轴方向移动(激光200’横切光圈205的孔)。用光圈205切出的一部分激光200’利用分光器209进行分支，用分布测定器210检测。分布测定器210受光面上的激光晃动时与光圈上的激光的晃动有关，对应于反射镜201的变动，光轴变化成光轴214、215、216时，在分布测定器210上激光也沿一个轴方向扫描。
这时，激光的强度分布呈高斯函数形状，用虹彩光圈205切出的激光的积分强度在激光的中心与虹彩光圈205的中心206一致时、即激光光轴与光轴216一致时达到最大，如果进行左右扫描，则积分强度按照高斯函数减少。利用该现象算出照射位置离开基准坐标的偏移。每一次扫描时用分布测定器210测量用虹彩光圈205切出的激光的积分强度，如果绘成曲线作为分布测定器210受光面上的检测位置函数，则如图12所示能获得峰值平缓的曲线217。
根据需要，通过调整等处理，抽出该曲线的中心位置X2’的坐标，算出与基准坐标X0’的差分，在该差分为规定值以上的情况下，如图14所示，反馈给驱动反射镜203的驱动机构204，沿着使差分减少的方向旋转反射镜203。然后再旋转反射镜202，使激光在虹彩光圈205上扫描，用分布测定器210进行激光的检测，与上述相同，算出将激光积分强度作为照射位置坐标的函数绘成的曲线的中心坐标和基准坐标的差分。
反复进行该工序，直至差分收敛到规定值以下为止，如图15所示，进行光轴调整，直至曲线220的极大值和基准坐标X0’收敛在规定的值以内为止，在收敛在规定的值以内的时刻，结束X轴方向的光轴调整。其次，对Y轴也进行与上述同样的光轴调整，返回到规定的基准坐标Y0’为止。最后，使虹彩光圈205的孔径相对于峰值直径开放成充分大的孔，使激光整形光学元件207返回规定的位置，激光光轴200’在反射镜203以后通过虹彩光圈205的中心206，对激光整形光学元件207表面垂直入射，而且通过了中心208的整形激光返回照射在台210的基准坐标(X0、Y0)上的状态。
另外，进行了上述光轴调整后，也可以根据需要，将配置在台上的分布测定器25驱动到基准坐标为止，测定整形激光的空间强度分布，在信号处理部中处理其结果，反馈给反射镜203，进行光轴的微调整。另外，在本实施例中虽然将用分布测定器检测的激光的积分强度作为信号用，但除此以外也可以将分布测定器上的峰值强度作为信号用，还可以将用虹彩光圈切出的激光的相对强度、或相对能量作为分布测定器受光面上的位置函数，如果是能绘成曲线的方法，那么采用什么样的方法都可以。另外，在本实施例中虽然示出了使用CCD型的光束分布测定器作为检测光轴偏移用的检测机构的例，但除此以外，如果是使刀刃或矩形狭缝在功率计上扫描，测定光束形状的类型的光束分布测定器等，能将激光照射位置作为二维空间信息检测的机构，那么用什么样的检测机构进行都可以。
其次，作为与上述不同的实施例，说明用与上述不同的方法检测对激光整形光学元件入射的激光的入射位置偏移，修正成规定的入射位置的机构。图16是说明在本发明的平面显示装置的制造装置的实施例3中进行激光整形光学元件的入射位置的修正的工序的一例的斜视图，是表示本发明的平面显示装置的制造装置内，相对于本实施例的激光照射位置调整机构及照射光学系统的简略结构图。
本实施例的激光照射位置调整机构至少由两个光轴调整用反射镜251、253；接受脉冲信号、驱动反射镜251、253的驱动机构252、254；至少两个虹彩光圈255、256(可变光圈)；分光器259；光束分布测定器或光电二极管这样的激光强度检测机构260；对由该检测机构260检测的信号进行处理的信号处理部(图中未示出)；以及根据处理的信号将脉冲信号发送给反射镜驱动机构的反射镜驱动机构驱动器(图中未示出)构成，如图16所示，是相对于激光整形光学元件257、台261配置上述要素构成的机构。
在激光光轴相对于规定的光轴250偏移了的情况下，将光轴的偏移作为通过虹彩光圈255、256照射在光强度检测机构260的受光面上的激光的积分强度的振幅变化检测，根据需要对检测结果进行信号处理，根据其结果对光轴调整反射镜251、253进行反馈控制，修正成规定的光轴。首先，将由保持和驱动机构(图中未示出)支撑的激光整形光学元件257驱动到光轴以外。其次，将虹彩光圈255、256设定得相对于光束直径充分地小，用光束分布测定器等光强度检测机构260检测通过的机构强度信号。
此后，在检测信号处理部(图中未示出)中，对光强度信号进行A/D变换等处理，算出信号的电平。对该计算值和预先登录的信号电平(预先调整光轴、虹彩光圈的配置，使通过虹彩光圈255、256的光量达到最大)进行比较，在比规定的值低的情况下进行光轴的调整。以下按顺序说明光轴调整。与上述实施例相同，就至少任意的一个轴(以下称X轴)和垂直于X轴的轴(以下称Y轴)这样的两个轴独立地进行调整，返回规定的光轴。如图16所示，进行两个反射镜251、253的倾斜度的调整。
从驱动器(图中未示出)将信号发送给反射镜251的驱动机构252，使激光轴变化。另外，这时反射镜253被看作是固定的。在此情况下，激光250在虹彩光圈255上沿一个轴方向移动(激光250横切光圈255的孔)。用光圈255切出的一部分激光250再利用虹彩光圈256切出，用分光器259只将通过了两个虹彩光圈255、256的激光分支出一部分，用强度检测机构260进行检测。强度检测机构260受光面上的激光晃动时与光圈上的激光的晃动有关，对应于反射镜251的变动，如果激光沿X方向扫描，则在强度检测机构260上激光也沿一个轴方向扫描。
这时，激光的强度分布呈高斯函数形状，用虹彩光圈205切出的激光的积分强度在扫描中的某一点具有峰值，如果使激光在该点左右扫描，则积分强度按照高斯函数减少。利用该现象调整反射镜的倾斜度，以便积分强度达到峰值。然后使反射镜253旋转，使激光沿X轴方向扫描，对反射镜253的倾斜度进行反馈控制，以便激光积分强度达到最大。
反复进行上述的工序，直至在X轴方向上积分强度达到最大为止，结束X轴方向的光轴调整。然后关于Y轴方向，对反射镜251、253的倾斜度进行反馈控制，直至积分强度达到最大为止，达到了最大时，结束Y轴方向的光轴调整。最后将虹彩光圈255、256的孔径开放，使其相对于光束直径变得充分大，使激光整形光学元件257返回规定的位置，本实施例的光轴调整结束。另外，进行了上述光轴调整后，也可以根据需要，将配置在台上的分布测定器25驱动到基准坐标处，测定整形激光的空间强度分布，在信号处理部中对该结果进行处理，反馈给反射镜253，进行光轴的微调整。
如上所述，如果采用本发明的平面显示装置的制造装置，则能经常测定激光强度分布、激光的光束直径、光轴的偏移，且由于设有检测到了这些值随时间变化时能自动地返回规定的状态的进行反馈的机构，所以能提高生产率，降低制造成本。
虽然本说明书只就几个实施方式进行了描述和说明，但应该理解，在不脱离由后附的权利要求的范围的情况下可进行各种改变和修改。因此，我们并不想用此处所描述和示出的细节限制本发明，而是力求在后附的权利要求的范围内覆盖所有的这类改变和修改。

Claims (5)

1、一种平面显示装置的制造装置，用将激光照射在绝缘基板上形成的硅膜上进行膜质量的改善而形成的薄膜晶体管构成平面显示装置，其特征在于包括：
将照射在上述硅膜上的上述激光的强度分布调整成所希望的强度分布的激光强度分布整形单元；
用来使入射到上述激光强度分布整形单元中的激光强度分布保持为规定的强度分布的强度分布保持单元；
检测入射到上述激光强度分布整形单元中的激光的空间强度分布的激光空间强度分布检测单元；
对所取得的空间强度分布信号进行处理，抽出光束直径形状和光束直径的信息的处理单元；
用来根据用上述处理单元取得的信息，将上述光束直径控制为规定的数值的光束直径控制单元；
用来检测入射到上述激光强度分布整形单元中的激光的光轴偏移的光轴偏移检测单元；以及
用来将入射到上述激光强度分布整形单元中的激光的光轴控制为规定的光轴的光轴控制单元。
2、根据权利要求1所述的平面显示装置的制造装置，其特征在于：上述激光强度分布保持单元包括两个凸透镜、以及配置在用上述凸透镜聚焦的上述激光的聚光点上的一个空间滤波器，通过使上述聚焦激光通过上述空间滤波器，将空间噪声除去。
3、根据权利要求1所述的平面显示装置的制造装置，其特征在于：上述光束直径控制单元由上述激光强度分布整形单元中使用的两个凸透镜、以及沿光轴方向驱动上述凸透镜的驱动单元构成。
4、根据权利要求1所述的平面显示装置的制造装置，其特征在于：上述光轴控制单元包括至少具有两个驱动机构的反射镜、以及至少一个孔的直径可变的虹彩光圈。
5、根据权利要求1所述的平面显示装置的制造装置，其特征在于：作为上述激光，使用连续振荡固体激光、或时间调制的连续振荡固体激光、或脉冲振荡固体激光中的任一种。
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